高静水压力下腐蚀性介质在涂层中的扩散系数测试装置

摘要

本发明公开了一种高静水压力下腐蚀性介质在涂层中的扩散系数测试装置，属于测量仪器领域。所述装置包括第一密封螺母、腔体、第二密封螺母和承压面板；腔体为两端开口的圆柱形中空结构，第一密封螺母与腔体的左端外侧固连并用O型密封圈密封，腔体右端外侧与第二密封螺母固连；腔体右端内侧固定装有承压面板，承压面板上开有一个以上均匀分布的通孔；第二密封螺母中心开有通孔，通孔的尺寸大于等于承压面板的尺寸。所述装置可实现高压下腐蚀介质（如氯离子、水等）在自由膜涂层的传输行为的测试，可以较好地模拟支撑膜中离子的传输行为，克服了以往自由膜实验的不足。

说明书

技术领域

本发明涉及一种高静水压力下腐蚀性介质在涂层中的扩散系数测试装置， 属于测量仪器领域。

背景技术

随着海洋资源的开发规模不断扩大并且向深海发展，石油钻井平台和深潜 器等需要在深海环境下服役的仪器与设备越来越多，而其结构材料在深海环境 中极易发生腐蚀破坏。因此，材料在深海环境下的腐蚀防护问题必须加以重视。 防腐涂层是防止金属腐蚀的一种主要的防护手段，研究深海环境中防腐蚀涂料 的失效过程具有重要的学术和工程意义。然而，关于深海腐蚀试验及防护技术 的研究还开展的很少，防腐蚀涂层在深海环境中的失效规律也鲜有报道，国内 深海腐蚀研究才刚刚起步。

防腐涂层是防止金属腐蚀的一种主要的防护手段，一般认为，涂层的防护 性能很大程度上取决于其对腐蚀介质渗透的阻挡能力。在涂层所处的各种环境 中，水和氧气是两种最为常见的侵蚀性粒子，它们可通过扩散渗入涂层。当水 渗透涂层到达基体与涂层的界面时，便会在此发生累积，同时若O₂等物质存在， 则金属将很快发生腐蚀。而且，随腐蚀的发生与发展，金属表面的腐蚀阴极区 的pH值升高，其结果导致涂层与基体金属间的结合力下降，甚至起泡、剥离， 从而使涂层丧失保护能力，金属腐蚀得以继续进行。因此其抗渗透性能是衡量 涂层质量和防腐蚀效率的一个重要指标，研究水和氧及腐蚀性离子在涂层中的 传输问题就是防腐涂层的一个研究方向。

目前，研究水和氧及腐蚀性离子在涂层中的传输的方法主要有两种，一种 是利用涂层自由膜的吸水过程，另一种是根据电化学阻抗谱（EIS）测量的方法， 拟合求得涂层电容，近似计算涂层的吸水过程。这两种各有其优缺点：涂层自 由膜吸水的方法简单易行，但由于是自由膜，与涂层实际使用过程的支撑膜有 差异，所以结果也与实际过程有一定的差异；EIS方法不但能够研究水和氧及腐 蚀性离子在涂层中的传输行为，还能够阐明涂层的失效过程，但这种方法是利 用等效电路对测试进行拟合，然后通过拟合数据中涂层电容的变化研究水在涂 层中的传输过程，因而对数据处理的专业性要求高。

因而，本发明针对自由膜方法的缺点，设计了能够模拟支撑膜特点的适合 高静水压下涂层中腐蚀介质传输行为测试用的实验装置，该装置不但能够模拟 高静水压力下的腐蚀介质在涂层中的传输行为，也能够在常压溶液中使用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高静水压力下腐蚀性介质在涂层中的扩散系数 测试装置，所述装置可实现高压下腐蚀介质（如氯离子、水等）在自由膜涂层 的传输行为的测试，可以较好地模拟支撑膜中离子的传输行为，克服了以往自 由膜实验的不足。

本发明的目的由以下技术方案实现：

一种高静水压力下腐蚀性介质在涂层中的扩散系数测试装置，所述装置包 括第一密封螺母、腔体、第二密封螺母和承压面板；腔体为两端开口的圆柱形 中空结构，第一密封螺母与腔体的左端外侧固连并用O型密封圈密封，腔体右 端外侧与第二密封螺母固连；腔体右端内侧固定装有承压面板，承压面板的环 形区域内开有一个以上均匀分布的通孔；第二密封螺母中心开有通孔，通孔的 直径大于等于承压面板环形区域的直径；

所述腔体的内径为10～50mm；

所述第一密封螺母、第二密封螺母与腔体之间均通过螺纹连接；

所述装置的材质为有机玻璃或钛合金；

所述承压面板与腔体为一体结构。

本发明所述装置可用于如下三种测试：

一、采用所述装置测试常压或模拟深海高静水压条件下氯离子在涂层中的 扩散系数的测试方法，所述方法步骤如下：

（1）将涂层试样通过第二密封螺母固定到腔体右端承压面板外侧，涂层试 样与第二密封螺母间用O型密封圈密封；

（2）往腔体内注满去离子水，并用第一密封螺母和O型密封圈将去离子水 密封在腔体内；

（3）将整个装置放置到装有NaCl水溶液的烧杯或高压反应釜内，控制温 度为25℃，NaCl水溶液通过第二密封螺母上的通孔与涂层试样直接接触；

（4）取样分析：在不同浸泡时间点从腔体内取样，利用紫外可见分光光度 计检测去离子水中氯离子的浓度；

（5）数据处理与分析：根据氯离子浓度——浸泡时间曲线，结合涂层厚度、 涂层测试面积计算得到氯离子在涂层中的扩散系数；

所述NaCl水溶液中NaCl的质量百分含量为3.5%；

所述涂层试样为涂层自由膜试样。

二、采用所述装置测试常压或模拟深海高静水压条件下水在涂层中的扩散 系数的测试方法，所述方法步骤如下：

（1）将涂层试样通过第二密封螺母固定到腔体右端承压面板外侧，涂层试 样与第二密封螺母间用O型密封圈密封；

（2）用第一密封螺母和O型密封圈将腔体左端密封；

（3）将整个装置放置到装有去离子水的烧杯或高压反应釜内，控制温度为 25℃，去离子水通过第二密封螺母上的通孔与涂层试样直接接触；

（4）取样称重：在不同浸泡时间点取出涂层试样，利用电子天平称重；

（5）数据处理与分析：根据吸水量——浸泡时间曲线，结合涂层厚度、涂 层测试面积计算得到水在涂层中的扩散系数；

所述涂层试样为涂层自由膜试样。

三、采用所述装置测试常压或模拟深海高静水压条件下海水在涂层中的扩 散系数的测试方法，所述方法步骤如下：

（1）将涂层试样通过第二密封螺母固定到腔体右端承压面板外侧，涂层试 样与第二密封螺母间用O型密封圈密封；

（2）用第一密封螺母和O型密封圈将腔体左端密封；

（3）将整个装置放置到装有海水的烧杯或高压反应釜内，控制实验温度为 25℃，海水通过第二密封螺母上的通孔与涂层试样直接接触；

（4）取样测试：在不同浸泡时间点取出涂层试样，利用电子天平称重，并 用数码相机记录试样表面的形貌；

（5）数据处理与分析：根据吸水量——浸泡时间曲线，结合涂层厚度、涂 层测试面积可计算得到海水在涂层中的扩散系数；

所述涂层试样为带涂层的金属试样。

有益效果

1、本发明所述装置可实现高压下腐蚀介质（如氯离子、水等）在自由膜涂 层的传输行为的测试，可以较好地模拟支撑膜中离子的传输行为，克服了以往 自由膜实验的不足（水等腐蚀介质同时从各个面向涂层内渗透，测试结果不能 推广到支撑膜）；

2、本发明所述装置可用来研究带涂层金属试样在常压或高压条件下水等腐 蚀介质在涂层以及涂层金属界面的传输行为，解决了自由膜实验与实际涂层/金 属体系不相符的问题，为更好地研究涂层/金属体系失效行为提供了基础；

3、本发明所述装置腔体安装涂层试样的一侧设计了带孔承压面板，一方面 装置外溶液中的的氯离子等腐蚀介质透过涂层后可通过承压面板上的小孔进入 到腔体，通过监测腔体内氯离子浓度可得到氯离子在涂层中的扩散系数等，通 过重量法可得到水在涂层中的扩散系数等参数；另一方面，带孔承压面板可作 为涂层的支撑可有效防止涂层在高压下严重变形。

附图说明

图1为本发明所述装置的结构示意图；

图2为本发明所述装置的AA视图；

其中，1—第一密封螺母、2—腔体、3—第二密封螺母、4—承压面板、5— 涂层试样。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例来详述本发明，但不限于此。

实施例1

如图1所示，一种高静水压力下腐蚀性介质在涂层中的扩散系数测试装置， 所述装置包括第一密封螺母1、腔体2、第二密封螺母3和承压面板4；腔体2 为两端开口的圆柱形中空结构，第一密封螺母1与腔体2的左端外侧固连并用O 型密封圈密封，腔体2右端外侧与第二密封螺母3固连；腔体2右端内侧固定 装有承压面板4，承压面板4的环形区域内开有一个以上均匀分布的通孔，如图 2所示；第二密封螺母3中心开有通孔，通孔的直径大于等于承压面板4环形区 域的直径；

所述腔体2的内径为10～50mm；

所述第一密封螺母1、第二密封螺母3与腔体2之间均通过螺纹连接；

所述装置的材质为有机玻璃或钛合金；

所述承压面板4与腔体2为一体结构。

本发明所述装置可用于如下三种测试：

一、采用所述装置测试常压或模拟深海高静水压条件下氯离子在涂层中的 扩散系数的测试方法，所述方法步骤如下：

（1）将涂层试样5通过第二密封螺母3固定到腔体2右端承压面板4外侧， 涂层试样5与第二密封螺母3间用O型密封圈密封；

（2）往腔体2内注满去离子水，并用第一密封螺母1和O型密封圈将去离 子水密封在腔体2内；

（3）将整个装置放置到装有NaCl水溶液的烧杯或高压反应釜内，控制温 度为25℃，NaCl水溶液通过第二密封螺母3上的通孔与涂层试样5直接接触；

（4）取样分析：在不同浸泡时间点从腔体2内取样，利用紫外可见分光光 度计检测去离子水中氯离子的浓度；

（5）数据处理与分析：根据氯离子浓度——浸泡时间曲线，结合涂层厚度、 涂层测试面积计算得到氯离子在涂层中的扩散系数；

所述NaCl水溶液中NaCl的质量百分含量为3.5%；

所述涂层试样5为涂层自由膜试样。

二、采用所述装置测试常压或模拟深海高静水压条件下水在涂层中的扩散 系数的测试方法，所述方法步骤如下：

（1）将涂层试样5通过第二密封螺母3固定到腔体2右端承压面板4外侧， 涂层试样5与第二密封螺母3间用O型密封圈密封；

（2）用第一密封螺母1和O型密封圈将腔体2左端密封；

（3）将整个装置放置到装有去离子水的烧杯或高压反应釜内，控制温度为 25℃，去离子水通过第二密封螺母3上的通孔与涂层试样5直接接触；

（4）取样称重：在不同浸泡时间点取出涂层试样5，利用电子天平称重；

（5）数据处理与分析：根据吸水量——浸泡时间曲线，结合涂层厚度、涂 层测试面积计算得到水在涂层中的扩散系数；

所述涂层试样5为涂层自由膜试样。

三、采用所述装置测试常压或模拟深海高静水压条件下海水在涂层中的扩 散系数的测试方法，所述方法步骤如下：

（1）将涂层试样5通过第二密封螺母3固定到腔体2右端承压面板4外侧， 涂层试样5与第二密封螺母3间用O型密封圈密封；

（2）用第一密封螺母1和O型密封圈将腔体2左端密封；

（3）将整个装置放置到装有海水的烧杯或高压反应釜内，控制实验温度为 25℃，海水通过第二密封螺母3上的通孔与涂层试样5直接接触；

（4）取样测试：在不同浸泡时间点取出涂层试样5，利用电子天平称重， 并用数码相机记录试样表面的形貌；

（5）数据处理与分析：根据吸水量——浸泡时间曲线，结合涂层厚度、涂 层测试面积可计算得到海水在涂层中的扩散系数；

所述涂层试样5为带涂层的金属试样。

本发明包括但不限于以上实施例，凡是在本发明精神的原则之下进行的任 何等同替换或局部改进，都将视为在本发明的保护范围之内。